На главную

  Совет научной молодёжи
  Института катализа им. ГК. Борескова СО РАН

Вход | Регистрация | Карта сайта
| Расширенный поиск

Книги и пособия
Кафедра катализа и адсорбции
Кафедра физической химии
Версия для печати | Главная > Образование > Аспирантура > Поступление > Программы вступительных экзаменов > Направление Химические науки 04.06.01

Программа вступительных экзаменов по курсу "Физическая Химия"

Российская Академия наук

Ордена Ленина Сибирское отделение

Ордена Трудового Красного Знамени Институт катализа им. Г.К. Борескова


ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Программа приемных экзаменов в аспирантуру
по специальностям:

02.00.04 — физическая химия
02.00.15 — катализ

Программа утверждена Ученым советом ИК им. Г.К. Борескова

Новосибирск – 2005

ЛИТЕРАТУРА

1. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов В.С. Физическая химия. М.: Высш. шк., 1990:
2. Даниэльс Ф., Олберти Р., Физическая химия. М.: Мир, 1978. :
3. Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. :
4. Герасимов Я.И. и др. Курс физической химии. кн. 1 и 2. М.: Химия, 1973. :
5. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М.: Высш. шк., 2003. :
6. Физическая химия, под ред. К.С.Краснова. кн. 1 и 2. М.: Высш. шк., 2001. :
7. Мелвин-Хьюз Э.А., Физическая химия, кн. 1 и 2, М.: Изд. ИЛ, 1962. :
8. Эткинс П. Физическая химия. тт. 1 и 2, М.: “Мир”, 1980. :
9. Еремин В.В. и др. Задачи по физической химии. М.: “ЭКЗАМЕН”, 2003. :
10. Краткий справочник физико-химических величин, под ред. Равделя А.А. и Пономаревой А.М., Л.: Химия, 1983.

СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Элементарные частицы, образующие атомное ядро и атом. Основные характеристики атомного ядра. Элементы. Нуклиды и изотопы. Атомная единица массы и число Авогадро. Дефект массы. Радиоактивный распад. Ядерные реакции. Меченые атомы.

Атом водорода и водородоподобные частицы. Волновая функция и состояние электрона в атоме. Вероятность, плотность вероятности, радиальная функция распределения. Атомные орбитали. Квантовые числа и их физический смысл.

Многоэлектронные атомы. Принцип Паули. Электронные конфигурации атомов и периодическая система элементов. Правило Хунда. Потенциал ионизации. Сродство к электрону.

Химическая связь в ионе Н2+ . Молекулярные орбитали. Длина связи. Энергия связи. Двухатомные частицы: ионы и молекулы, состоящие из элементов I- и II-го периодов. σ- и π- связи. Энергетическая диаграмма молекулярных орбиталей. Правила заполнения молекулярных орбиталей электронами. Кратность (порядок) связи.

Двухэлектронные связи в многоатомных молекулах. Геометрическое строение молекул с точки зрения гибридизации и метода отталкивания валентных электронных пар.

Многоцентровые молекулярные орбитали. Электронодефицитные частицы. Сопряженные кратные связи. Теория кристаллического поля. Расщепление d-орбиталей в октаэдрическом и тетраэдрическом полях. Теория поля лигандов. Комплексные соединения.

Диполь. Дипольный момент связи. Электроотрицательность атомов. Факторы, влияющие на дипольный момент молекулы. Поляризуемость молекул. Поляризация вещества. Диэлектрическая постоянная. Магнитный момент частиц. Парамагнетизм и диамагнетизм.

Ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Ковалентные и ван-дер-ваальсовы радиусы атомов. Модели молекул. Водородная связь. Взаимодействие ионов.

Газы, жидкости, твердые тела, кристаллы. Пространственная решетка. Простейшие ионные, атомные и металлические решетки (решетка хлористого натрия, алмаза, кубические, гранецентрированные и плотноупакованные решетки). Рентгеноструктурный анализ, уравнение Вульфа-Брэгга. Дефекты в реальных кристаллах. Электронная структура кристаллов. Модель свободных электронов в металлах. Зонная теория твердых тел. Металлическая проводимость. Изоляторы и полупроводники. Уровень Ферми. Электронная и дырочная проводимость.

Электромагнитное излучение и вещество. Физическая сущность и информативность методов: электронной спектроскопии, колебательной и вращательной спектроскопии. Магнитной радиоспектроскопии. Электронный парамагнитный резонанс и свободные радикалы. Ядерный магнитный резонанс: химический сдвиг и расщепление сигналов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Маррелл Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Теория валентности. М.: Мир, 1968. :
2. Маррелл Дж., Кеттл С., Теддер Дж. Химическая связь. М.: Мир, 1980. :
3. Джаффе Г., Орчин М. Симметрия в химии. М.: Мир, 1977. :
4. Коулсон Ч. Валентность. М.: Мир, 1965. :
5. Грей Г. Электроны и химическая связь. М.: Мир, 1967. :
6. Стретвизор Э. Теория молекулярных орбиталей для химиков-органиков. М.: Мир, 1965. :
7. Краснов К.С. Молекулы и химическая связь. М.: Высш. шк., 1977. :
8. Картмелл Э., Фоулс Г.В.А. Валентность и строение молекул. М.: Химия, 1979. :
9. Киттель Ч. Элементарная физика твердого тела. М.: Наука, 1968. :
10. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. М.: Мир, “Изд. АСТ”, 2003. :
11. Драго Р. Физические методы в химии. Тт. 1 и 2. М.: Мир, 1981.

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Термодинамические параметры. Теплота и работа. Внутренняя энергия и первое начало термодинамики. Уравнения состояния. Системы: открытые, закрытые и изолированные. Обратимые и необратимые процессы. Энтропия и второе начало термодинамики. Фундаментальные уравнения Гиббса. Термодинамические потенциалы и характеристические функции. Энтальпия, энергия Гельмгольца и энергия Гиббса. Направление самопроизвольного процесса и условия равновесия.

Гомогенные и гетерогенные системы. Химические переменные и число независимых реакций. Парциальные молярные величины компонентов. Химические потенциалы. Уравнения Гиббса-Дюгема. Правило фаз Гиббса.

Изохорная и изобарная теплоемкости. Температурная зависимость термодинамических свойств вещества. Третье начало термодинамики и абсолютные значения энтропии веществ. Уравнения Гиббса–Гельмгольца. Тепловые эффекты реакций. Энтальпии образования химических соединений. Стандартные состояния. Закон Гесса. Определение теплоты реакции из теплот сгорания. Расчет энтальпии реакций из термодинамических свойств веществ. Закон Кирхгофа.

Уравнения состояния и термодинамический потенциал идеального газа. Стандартный термодинамический потенциал реального газа и летучесть. Фазовое равновесие в однокомпонентной системе, уравнение Клаузиуса–Клапейрона.

Энтропия смешения идеальных газов. Химический потенциал компонента идеальной газовой смеси. Изотерма химической реакции. Константа равновесия. Температурная зависимость константы равновесия — изобара Вант Гоффа. Смещение равновесия и принцип Ле Шателье – Брауна. Реакции с участием конденсированных несмешанных фаз и идеальных газов. Учет неидеальности газовой фазы. Расчет констант равновесия. Расчет равновесного состава.

Идеальные растворы: совершенные и предельно разбавленные. Химические потенциалы компонентов идеальных растворов. Равновесие жидкость — пар: законы Рауля и Генри. Неидеальный раствор, активность. Химическое равновесие в растворах.

Фазовые равновесия раствора с чистым компонентом. Мембранное равновесие и осмотическое давление. Равновесия между двумя двухкомпонентными фазами. Зависимость равновесных давлений от состава. Азеотропия. Фазовые диаграммы (кипения и плавкости) бинарных систем. Эвтектика.

Химический потенциал электролита в растворе: активности электролитов, среднеионные величины и стандартные значения. Водородная шкала. Зависимость коэффициента активности от ионной силы по теории Дебая – Хюккеля. Кислотно - основное равновесие. Константа ионизации и константа основности. Ионное произведение воды. Концентрация ионов водорода (pH).

Гальванические элементы. ЭДС и потенциалы электродов. Окислительно-восстановительное равновесие. Уравнение Нернста. Типы электродов. Водородный электрод. Стандартные электродные потенциалы и условные термодинамические функции ионов.

Поверхностное натяжение. Изотерма адсорбции Гиббса. Теплота и энтропия адсорбции. Изотерма Лэнгмюра. Полимолекулярная адсорбция паров — изотерма БЭТ.

Статистическое обоснование термодинамики. Микросостояния макроскопических систем. Каноническое и микроканоническое распределение Гиббса. Статсумма и статвес. Связь между статсуммой и термодинамическими величинами. Молекулярная статсумма для идеального газа. Поступательные, вращательные и колебательные степени свободы: энергетические спектры, статвеса уровней и статсуммы. Электронные состояния: учет статсуммы основного состояния и возбуждения. Расчет термодинамических свойств идеальных газов из молекулярных констант. Статсумма смеси идеальных газов и статистический расчет констант равновесия химических реакций.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бажин Н.Б., Иванченко В.А., Пармон В.Н. Термодинамика для химиков. М.: Химия, 2000; Изд-е 2-е, М.: Колосс, 2004. :
2. Полторак О.М. Термодинамика в физической химии. М.: Высш. шк., 1991. :
3. Карапетьянц М.Х. Химическая термодинамика. М.: Химия, 1975. :
4. Еремин Е.Н. Основы химической термодинамики. М.: Высш. шк., 1978. :
5. Мюнстер Ф. Химическая термодинамика. М.: Мир, 1971. :
6. Хачкурузов Г.А. Основы общей и химической термодинамики. М.: Высш. шк., 1979. :
7. Смирнова Н.А. Методы статической термодинамики в физической химии. М.: Высш. шк., 1982. :
8. Смирнова Н.А. Молекулярные растворов. Л.: Химия, 1987.
13. Музыкантов В.С., Бажин Н.М., Пармон В.Н., Булгаков Н.Н., Иванченко В.А. Задачи по химической термодинамике. М.: Химия, 2001.

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Механизм химической реакции. Скорость химической реакции. Простые реакции. Закон действующих масс. Порядок реакции. Константа скорости химической реакции. Уравнение Аррениуса. Предэкспоненциальный множитель и энергия активации.

Кинетические уравнения и кинетические кривые для реакций 1-го, 2-го и 3-го

порядков. Сложные реакции: обратимые, параллельные и последовательные. Метод стационарных концентраций и квазиравновесное приближение. Лимитирующая стадия.

Кинетическое описание реакций в открытых системах. Реакторы полного перемешивания и идеального вытеснения.

Методы определения порядка реакции и кинетических констант из экспериментальных данных.

Методы расчета константы скорости реакций. Теория столкновений. Фактор двойных столкновений и стерический фактор. Теория активированного комплекса. Поверхность потенциальной энергии, координата реакции и переходное состояние. Условия применимости теории активированного комплекса. Теория Линдемана.

Кинетика реакций в жидкости. Диффузионно контролируемые. Клеточный эффект. Учет влияния среды.

Нетермическое инициирование химических реакций. Сопряженные реакции и химическая индукция. Фотохимические реакции. Основной фотохимический закон. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Квантовый выход.

Автокаталитические реакции. Автоколебательные реакции. Схема Вольтера−Лотке.

Основные стадии цепных реакций. Диффузионный и кинетический контроль реакций линейного обрыва на стенках. Неразветвленные цепные реакции. Выражение для средней длины цепи. Разветвленные цепные реакции. Нижний и верхний пределы самовоспламенения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Замараев К.И. Курс химической кинетики. В 3-х частях. Новосибирск: НГУ, 2004.
2. Эмануэль Н. М., Кнорре Д. Г. Курс химической кинетики. М.: Высш. шк., 1984.
3. Денисов Е. Т. Кинетика гомогенных химических реакций. М.: Высш. шк., 1988.
4. Кондратьев В.Н., Никитин Е.Е. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.: Наука, 1974.
5. Пурмаль А.П., А, Б, В … жимической кинетики. М.: ИКЦ “Академкнига”, 2004.
6. Панченков Г. М., Лебедев В. П. Химическая кинетика и катализ. М.: Химия, 1974.
7. Лайдлер К. Кинетика органических реакций. М.: Мир, 1966.
8. Эйринг Г., Лин С.Г., Лин С.М. Основы химической кинетики. М.: “Мир”, 1983
9. Бенсон С. Основы химической кинетики. М.: Мир, 1964.
10. Бенсон С. Термохимическая кинетика. М.: Мир, 1971.
11. Хоффман Р.В. Механизмы химических реакций. М.: Мир, 1979.
12. Сборник задач по химической кинетики и катализу. Под. ред. Савинова Е.Н., Пармона В.Н., Новосибирск: НГУ, 1997.

КАТАЛИЗ

Определение катализа и катализатора. Катализ и химическое равновесие. Классификация каталитических процессов. Промоторы и каталитические яды. Каталитическая активность и избирательность. Методы измерения.

Природа действия катализаторов. Факторы, определяющие скорость химического превращения. Степень компенсации энергии разрывающихся и образующихся связей как мера оптимальности пути протекания реакции. Новые реакционные пути, открываемые катализатором. Понятие о каталитическом цикле.

Формы промежуточного химического взаимодействия при катализе. Активация реагентов при взаимодействии с активным центром, сближение реагентов при взаимодействии с активным центром, снятие запрета по симметрии. Энергетический и структурный факторы при взаимодействии реагирующих веществ с катализатором.

Гомогенный катализ. Катализ кислотами и основаниями. Правило Бренстеда. Общий и специфический кислотно-основной катализ. Катализ кислотами Льюиса. Катализ комплексными соединениями металлов. Понятие о координационной активации молекул. Катализ ферментами. Схема Михаэлиса−Ментен.

Гетерогенный катализ. Удельная и атомная активность. Правило Борескова. Роль адсорбции в гетерогенном катализе. Физическая адсорбция и хемосорбция. Неоднородность поверхности катализаторов. Зависимость теплоты адсорбции от заполнения поверхности. Энергия активации гетерогенно-каталитических реакций.

Структура и текстура твердых катализаторов. Современные методы исследования состава и структуры поверхностного слоя. Измерение величины поверхности и пористости.

Металлические, оксидные и цеолитные катализаторы. Скелетные катализаторы. Нанесенные катализаторы и способы их получения. Мембранные катализаторы.

Взаимодействие катализатора и реакционной среды. Дезактивация катализаторов. Нестационарный катализ.

Области протекания гетерогенно-каталитических реакций: внешнедиффузионная, внутридиффузионная и кинетическая.

Стадии гетерогенно-каталитических реакций. Кинетика реакций в условиях адсорбционного равновесия. Модели Или−Ридила и Лэнгмюра−Хиншельвуда.

Исследование кинетики гетерогенно-каталитических реакций в статических, проточных и проточно-циркуляционных (безградиентных) реакторах. Обработка экспериментальных данных, получение кинетических уравнений и их связь с механизмом реакций. Изотопные методы в исследовании катализа.

Основные этапы развития представлений о катализе. Физические и химические

теории катализа.

Каталитические процессы в природе. Катализ в современной промышленности — химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и пищевой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Накамура А., Цуцуи М. Принципы и применение гомогенного катализа. М.: Мир, 1983.
2. Мастерс К. Гомогенный катализ переходными металлами. М.: Мир, 1983.
3. Хенрици-Оливэ Г., Оливэ С. Координация и катализ. М.: Мир, 1980.
4. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М.: Наука, 1986.
5. Крылов О.В. Гетерогенный катализ, чч. I – IV, Новосибирск: НГУ, 2002.
6. Ридил Э. Развитие представлений в области катализа. М.: Мир, 1971.
7. Томас Дж., Томас У. Гетерогенный катализ. М.: Мир, 1969.
8. Полторак О.М. Лекции по теории гетерогенного катализа. М.: Изд-во МГУ, 1968.
9. Полторак О.М., Чухрай Е.С. Физико-химические основы ферментативного катализа. М.: Высш. шк., 1971.
10. Березин И.В., Мартинек К. Основы физической химии ферментативного катализа. М.: Высш. шк., 1977.
11. Трепнел Б. Хемосорбция. М.: ИЛ, 1958.
12. Киперман С.Л. Основы химической кинетики в гетерогенном катализе. М.: Химия, 1979.
13. Яблонский Г.С., Быков В.И., Горбань А.Н. Кинетические модели каталитических реакций. Новосибирск: Наука, 1983.
14. Розовский А.Я. Катализатор и реакционная среда. М.: Наука, 1988.
15. Сеттерфилд Ч. Практический курс гетерогенного катализа. М.: Мир, 1984.
16. Фенелонов В.Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. Новосибирск: Изд. СО РАН, 2004.



Copyright © catalysis.ru 2005-2016